WO2017071792A1 - Verfahren und anlage zur erzeugung von wasserstoff und weiteren reaktionsprodukten durch umsetzung von kohlenwasserstoffen - Google Patents

Verfahren und anlage zur erzeugung von wasserstoff und weiteren reaktionsprodukten durch umsetzung von kohlenwasserstoffen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen. Es ist vorgesehen, dass durch einen Dampfreformierungsprozess (1) ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltendes erstes Gasgemisch erzeugt wird, wobei unter Verwendung des ersten Gasgemischs ein erstes Einsatzgemisch gebildet wird, das einem Druckwechseladsorptionsprozess (3) unterworfen wird, in dem eine wasserstoffreiche Produktfraktion erzeugt wird, und dass durch einen Dampfspaltprozess (2) ein Wasserstoff, Methan und weitere Kohlenwasserstoffe enthaltendes zweites Gasgemisch erzeugt wird, wobei unter Verwendung des zweiten Gasgemischs ein zweites Einsatzgemisch gebildet wird, das demselben Druckwechseladsorptionsprozess (3) unterworfen wird, der das erste Einsatzgemisch unterworfen wird. Eine entsprechende Anlage ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung

Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren

Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen sowie eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Verfahren und Vorrichtungen zum Dampfspalten (engl. Steam Cracking) von

Kohlenwasserstoffen sind bekannt und beispielsweise im Artikel "Ethylene" in

Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, online seit 15. April 2007, DOI 10.1002/14356007.a 10_045. pu b2 , besch rieben .

Beim Dampfspalten werden Gasgemische erhalten, die nach der Abtrennung von Wasser und ölartigen Bestandteilen, falls vorhanden (sogenanntem Pyrolyseöl), noch im Wesentlichen Wasserstoff, Methan und Kohlenwasserstoffe mit zwei und mehr Kohlenstoffatomen enthalten. Derartige Gasgemische können in unterschiedlichen Trennsequenzen aufgetrennt werden, wie sie dem Fachmann grundsätzlich bekannt und ebenfalls in dem erwähnten Artikel beschrieben sind.

In derartigen Trennsequenzen kommen typischerweise sogenannte Demethanizer zum Einsatz, in denen Methan zunächst zusammen mit Wasserstoff von den schwereren Komponenten, also den Kohlenwasserstoffen mit zwei und ggf. mehr

Kohlenstoffatomen, abgetrennt wird. Ein Demethanizer kann bekanntermaßen an unterschiedlichen Stellen einer entsprechenden Trennsequenz vorgesehen sein.

In einem Demethanizer wird typischerweise eine landläufig als Wasserstofffraktion bezeichnete Fraktion gebildet, die jedoch nicht ausschließlich aus Wasserstoff besteht, sondern beispielsweise jeweils 50 Masseprozent Wasserstoff und Methan sowie ggf. geringe Mengen Kohlenmonoxid enthalten kann. Eine derartige Wasserstofffraktion muss dabei nicht notwendigerweise in einem Demethanizer gebildet werden, sondern kann auch anderweitig aus einem Gasgemisch erzeugt werden, das durch

Dampfspalten gebildet wird.

Die Bearbeitung von durch Dampfspalten gebildeten Gasgemischen umfasst neben einer Trennung typischerweise auch eine Hydrierung von enthaltenen Komponenten wie Acetylenen. Für entsprechende Hydrierungen, aber auch für den Einsatz in nachgeschalteten Polymerisierungseinrichtungen oder für die Bereitstellung als Produkt, wird im Wesentlichen reiner Wasserstoff benötigt. Dieser Wasserstoff kann beispielsweise aus der Wasserstofffraktion durch Druckwechseladsorption (engl.

Pressure Swing Adsorption, PSA) gewonnen werden. Nicht verwendete Überschüsse der Wasserstofffraktion und Restgas der Druckwechseladsorption können als Heizgas, beispielsweise zur Beheizung der beim Dampfspalten eingesetzten Reaktoren und/oder zur Erzeugung von Prozessdampf, verwendet werden. Ein Nachteil bestehender Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff durch eine entsprechende Druckwechseladsorption ist die niedrige Wasserstoffausbeute von typischerweise nur ca. 70%. Diese hat zur Folge, dass ca. 30% des beim

Dampfspalten erzeugten Wasserstoffs als Restgas dem Heizgas zugeführt wird. Der Grund hierfür ist der erforderliche Restgasdruck von um ca. 6 bar über

Atmosphärendruck, der den Ausgangsdruck der Druckwechseladsorption

entsprechend festlegt. Dieser Druck ist erforderlich, um das Restgas in üblicherweise verwendeten Brennern als Heizgas beim Dampfspalten verwenden zu können.

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, entsprechende Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen zu verbessern und insbesondere die Wasserstoffausbeute in solchen Verfahren zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur

Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen sowie eine entsprechende Anlage mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert. Flüssige und gasförmige Gemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9% oder 99,99% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 50%, 25%, 10%, 5%, 1 %, 0,1 % oder 0,01 % auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Der Begriff "überwiegend" kann der Definition von "reich" entsprechen. Flüssige und gasförmige Gemische können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem das flüssige oder gasförmige Gemisch erhalten wurde. Das flüssige oder gasförmige Gemisch ist "angereichert", wenn es zumindest den 1 ,1-fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100- fachen oder 1 .000-fachen Gehalt, "abgereichert", wenn es höchstens den 0,9-fachen, 0, 5-fachen, 0,1-fachen, 0,01-fachen oder 0,001-fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält. Ist vorliegend

beispielsweise von "Methan" oder "Wasserstoff' oder einer entsprechenden Fraktion die Rede, sei darunter auch ein Gemisch verstanden, das reich an der entsprechenden Komponente ist. Es kann sich jedoch auch um das jeweilige Reingas handeln.

Ein flüssiges oder gasförmiges Gemisch ist von einem anderen flüssigen oder gasförmigen Gemisch (auch als Ausgangsgemisch bezeichnet) "abgeleitet" oder aus diesem Gemisch oder unter Verwendung dieses Gemischs "gebildet" wenn es zumindest einige in dem Ausgangsstrom enthaltene oder aus diesem erhaltene Komponenten äufweist. Ein in diesem Sinne gebildetes Gemisch kann aus dem Ausgangsgemisch durch Abtrennen oder Abzweigen eines Teilstroms oder einer oder mehrerer Komponenten, Anreichern oder Abreichern bezüglich einer oder mehrerer Komponenten, chemisches oder physikalisches Umsetzen einer oder mehrerer

Komponenten, Erwärmen, Abkühlen, Druckbeaufschlagen und dergleichen gebildet werden. Ein "Bilden", beispielsweise eines Einsatzgemischs für einen anschließenden Trennprozess, kann jedoch auch einfach das Führen eines entsprechenden Gemischs in einer geeigneten Leitung und ein Zuführen zu dem Trennprozess darstellen. Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und

Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in

Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen beispielsweise

Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus.

Vorteile der Erfindung In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen ist vorgesehen, durch einen Dampfreformierungsprozess ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltendes erstes Gasgemisch zu erzeugen. Unter Verwendung des ersten

Gasgemischs wird ein erstes Einsatzgemisch gebildet, das einem

Druckwechseladsorptionsprozess unterworfen wird, in welchem eine wasserstoffreiche Produktfraktion erzeugt wird. Ferner ist vorgesehen, durch einen Dampfspaltprozess ein Wasserstoff, Methan und weitere Kohlenwasserstoffe enthaltendes zweites

Gasgemisch zu erzeugen. Unter Verwendung des zweiten Gasgemischs wird ein zweites Einsatzgemisch gebildet, das demselben Druckwechseladsorptionsprozess unterworfen wird, dem auch das erste Einsatzgemisch unterworfen wird.

Die vorliegende Erfindung schlägt also ein Verfahren vor, bei dem ein

Dampfreformierungsprozess und ein Dampfspaltprozess über einen gemeinsamen Druckwechseladsorptionsprozess miteinander gekoppelt werden. Durch die

erfindungsgemäß vorgeschlagene Kopplung bzw. Integration kann die (Rein-)

Wasserstoffproduktion eines Dampfspaltprozesses mittels der nachgeschalteten Trennung maximiert werden. Eine entsprechende Integration ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil die Ausbeuten an Wasserstoff in der Druckwechseladsorption, wie sie typischerweise zur Gewinnung von Wasserstoff im Rahmen eines

Dampfreformierungsprozesses verwendet wird, eine deutlich höhere Ausbeute aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in entsprechenden

Druckwechseladsorptionsprozessen der erforderliche Restgasdruck nur ca. 0,3 bar über Atmosphärendruck bzw. ca. 1 ,3 bar Absolutdruck beträgt. Der Grund hierfür sind unterschiedliche Brennertypen im Dampfreformierungsprozess im Gegensatz zum Dampfspaltprozess. Die vorliegende Erfindung geht jedoch weit über eine reine Ausbeuteerhöhung hinaus.

Zu den Verfahrensprinzipen der Dampfreformierung (Steam Methane Reforming, SMR) sei auf einschlägige Lehrbuchartikel wie beispielsweise den Artikel "Gas Production" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe 15. Dezember 2006, DOI 10.1002/14356007.a12_169.pub2, verwiesen.

Die Dampfreformierung ist das gängige Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff in der Industrie. Als Rohstoffe für die Dampfreformierung können beispielsweise Erdgas, Biomasse, aber auch längerkettige Kohlenwasserstoffe aus Erdöl eingesetzt werden. Typischerweise werden in einem entsprechenden Dampfreformierungsprozess längerkettige Kohlenwasserstoffe, falls vorhanden, in einem Prereformer unter Zugabe von Wasserdampf bei geeigneten Temperaturen und Drücken zu Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid gespalten. In einem zweiten Schritt, der,

beispielsweise beim Einsatz von Erdgas als Rohstoff, auch den einzigen

Reformierungsschritt darstellen kann, wird das Methan katalytisch mit Wasser zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt. Typische Dampfreformierungsprozesse umfassen femer typischerweise eine anschließende Wassergasshift, in der das durch unvollständige Umsetzung erzeugte Zwischenprodukt Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Zur Gewinnung von Wasserstoff, insbesondere Reinoder Reinstwasserstoff, kommt die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzte Druckwechseladsorption zum Einsatz.

Neben einer Erhöhung der Reinwasserstoffproduktion im Rahmen eines

Dampfspaltprozesses durch Integration mit einem Dampfreformierungsprozess bzw. über einen gemeinsamen Druckwechseladsorptionsprozess können im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch angepasste Prozessparameter in dem

Dampfreformierungsprozess und/oder dem Dampfspaltprozess weitere Vorteile erzielt werden, die nachfolgend erläutert werden. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung lässt sich, wie erläutert, dadurch umsetzen, dass die (zusätzlich Methan enthaltende) "Wasserstofffraktion" aus dem

Dampfspaltprozess zusammen mit einem Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch aus einem Dampfreformierungsprozess einem gemeinsamen

Druckwechseladsorptionsprozess zugeführt wird. Das dabei in dem

Druckwechseladsorptionsprozess zusätzlich anfallende Restgas (das nun auch das Methan aus der methanhaltigen Wasserstofffraktion des Dampfspaltprozesses sowie zusätzliche Wasserstoffverluste umfasst) kann in dem Dampfreformierungsprozess als Heizgas verwendet werden, wo ein geringerer Druck ausreicht und daher der

Druckwechseladsorptionsprozess mit höherer Ausbeute betrieben werden kann. Die Ausbeuten bei dem erwähnten Restgasdruck von ca. 0,3 bar über Atmosphärendruck betragen typischerweise ca. 88% im Gegensatz zu den eingangs erwähnten ca. 70% bei einem Restgasdruck von 6 bar über Atmosphärendruck. Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren also eine

Druckabsenkung in dem Druckwechseladsorptionsprozess auf ein

Desorptionsdruckniveau, das bei 0,1 bis 1 bar, insbesondere 0,2 bis 0,4 bar, beispielsweise ca. 0,3 bar, über Atmosphärendruck liegt. Bei der Druckwechseladsorption wird ein zu reinigendes Gasgemisch unter erhöhtem Druck in einen Festbettreaktor, der mit einem Adsorbens gefüllt ist, eingeleitet. Das Adsorbens wird auf diese Weise von dem Gasgemisch durchströmt. Eine oder mehrere Komponenten des Gasgemischs (die sogenannte schwere Komponente, im

vorliegenden Fall Methan) werden an das Adsorbens adsorbiert. Am Ausgang des Betts kann die sogenannte leichte Komponente, im vorliegenden Fall Wasserstoff, in auf konzentrierter Form entnommen werden. Nach Sättigung des Adsorbens tritt ein Teil der schweren Komponente mit aus. Daher wird zu einem geeigneten Zeitpunkt über entsprechende Ventile ein Auslass für die leichte Komponente geschlossen und ein Auslass für die schwere Komponente geöffnet. Dies ist begleitet von einer

Druckabsenkung. Auf einem entsprechenden niedrigen Druckniveau wird die schwere Komponente wieder desorbiert und kann am entsprechenden Auslass gewonnen werden. Um Restmengen der schweren Komponente aus dem Adsorberbett auszutreiben, wird mit einem Anteil des gewünschten bzw. der leichten Komponente, hier Wasserstoff, nachgespült, um Verunreinigungen zu vermeiden. Der Spülvorgang muss umso intensiver erfolgen, je höher das Druckniveau bei der Desorption ist.

Dieses Druckniveau beeinflusst daher die Ausbeute.

Grundsätzlich umfasst das erfindungsgemäße Verfahren also, in dem

Druckwechseladsorptionsprozess außerdem eine methanreiche Fraktion zu erzeugen, wobei der Dampfreformierungsprozess vorteilhafterweise unter Verwendung von Wärmeenergie durchgeführt wird, die mittels zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Anteil an zusätzlichem Heizgas in dem Dampfreformierungsprozess verringert und dadurch Energie eingespart werden. Typischerweise wird jedoch ein bestimmter Anteil von typischerweise ca. 5 bis 10% Erdgas als Regelungsreserve weiter verwendet. Aufgrund der in der

Dampfreformierung verwendeten Brennertypen muss entsprechendes Heizgas nur bei den genannten niedrigeren Drücken bereitgestellt werden, so dass auch der

Restgasdruck in der Druckwechseladsorption sinkt.

Es werde beispielsweise angenommen, dass durch einen herkömmlichen

Dampfreformierungsprozess Wasserstoff in einer Menge von ca. 17,1 Tonnen pro Stunde und durch einen herkömmlichen Dampfspaltprozess, d.h. aus dessen

Wasserstofffraktion, Wasserstoff in einer Menge von 2,9 Tonnen pro Stunde produziert wird. Die gebildete Wasserstoffmenge beträgt in einem derartigen Verfahren also insgesamt ca. 20 Tonnen pro Stunde. Die beiden Prozesse seien hierbei bezüglich der Wasserstoffgewinnung vollständig voneinander getrennt, es liegt also keine Kopplung über den Druckwechseladsorptionsprozess vor. Wird demgegenüber ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt, bei dem die Prozesse in der erläuterten Weise über den Druckwechseladsorptionsprozess miteinander gekoppelt sind, können bei derselben gebildeten Wasserstoffmenge von insgesamt ca. 20 Tonnen pro Stunde durch den Dampfreformierungsprozess ca. 16,3 Tonnen Wasserstoff pro Stunde (also eine geringere Menge als in der soeben beschriebenen konventionellen Anordnung) und aus dem Dampfspaltprozess ca. 3,7 Tonnen (also eine höhere Menge als in der konventionellen Anordnung) Wasserstoff pro Stunde in dem gemeinsamen Druckwechseladsorptionsprozess bereitgestellt werden. Die Erhöhung der Menge des Wasserstoffs aus dem Dampfspaltprozess um ca. 0,8 Tonnen pro Stunde, also um ca. 4%, gegenüber dem herkömmlichen Verfahren ergibt sich durch die Erhöhung der Ausbeute in dem Druckwechseladsorptionsprozess und ohne zusätzlichen Energieaufwand. Die Ausbeuteerhöhung in dem

Druckwechseladsorptionsprozess beträgt insgesamt ca. 18% (ca. 88% bei einem Restgasdruck von ca. 0,3 bar über Atmosphärendruck gegenüber ca. 70% bei einem Restgasdruck von 6 bar über Atmosphärendruck). Für die zusätzliche Menge von ca. 4% Wasserstoff aus dem Dampfspaltprozess entstehen deshalb keine zusätzlichen Verluste, weil der Wasserstoff schon in Dampfspaltprozess synthetisiert wurde (also nicht im Dampfreformierprozess mit Verlusten synthetisiert werden muss, sondern nun effizienter in dem Druckwechseladsorptionsprozess gewonnen wird) und der

Energieaufwand des Druckwechseladsorptionsprozesses bereits gedeckt ist (nämlich über den Druck der Wasserstofffraktion).

In einem Dampfreformierungsprozess betragen die Verluste insgesamt typischerweise ca. 14%. Die gesamte Einsparung, bezogen auf den Kohlenwasserstoffeinsatz für den Dampfreformierungsprozess, beträgt daher, weil ca. 4% des Wasserstoffs nun ohne zusätzliche Verluste aus dem Dampspaltprozess stammen, ca. 4% x 14% = 0,56%. Die Gesamtverluste, bezogen auf Gesamtenergieeintrag durch Einsatzstoff und Heizgas betragen ca. 20% gegenüber den lediglich auf den Kohlenwasserstoffeinsatz bezogenen ca. 14%. Hauptverluste in dem Dampfreformierungsprozess sind auf Rauchgasverluste und die Kühlkette für das Synthesegas, typischerweise Luft und Wasserkühler zurückzuführen. Durch die Reduktion der Wasserstoffproduktion in dem Dampfreformierungsprozess von ca. 17,1 Tonnen pro Stunde auf ca. 16,3 Tonnen pro Stunde dieser ca. 5% kleiner ausgelegt werden, bei insgesamt gleicher

Wasserstoffproduktion. Die Dampfproduktion am Reformer bzw. in dem

Dampfreformierungsprozess wird dabei zur Wahrung der Vergleichbarkeit in dieser Betrachtung zumindest näherungsweise konstant gehalten.

Voraussetzung für eine derartige Einsparung ist, dass nicht übermäßig viel Restgas in dem Druckwechseladsorptionsprozess anfällt, d.h. es sollte noch das gesamte anfallende Restgas in dem Dampfreformierungsprozess unterfeuert werden können.

Fällt mehr Restgas an, als in dem Dampfreformierungsprozess unterfeuert werden kann (unter Berücksichtigung der Regelungsreserve für Erdgas), kann der Heizbedarf und damit der Restgasverbrauch in gewissen Grenzen gezielt gesteigert werden, indem die Dampfproduktion in dem Dampfreformierungsprozess erhöht und damit mehr hochwertiger Dampf produziert wird. Eine entsprechende Dampfproduktion erfolgt grundsätzlich in Dampfreformierungsprozessen zur Herstellung von

Prozessdampf, jedoch auch zur Herstellung von Exportdampf für weitere

Verfahrensschritte oder Anlagenteile. Die Dampfproduktion kann beispielsweise durch eine verminderte Luftvorwärmung, eine verringerte Einsatzüberhitzung, eine Erhöhung der Reformeraustrittstemperatur und eine Anpassung des Prozessdampfüberschusses und eine Anpassung anderer Betriebsparameter oder auch der Topologie des

Prozesses erhöht werden.

Der erzeugte Dampf wird grundsätzlich als Nebenprodukt betrachtet, der erzeugt wird, um die Wärme des Rauchgases (und ggf. des Reaktionsgases) sinnvoll abzuführen. Erfolgt beispielsweise eine verminderte Luftvorwärmung, kann mehr dieses

Nebenprodukts Dampf erzeugt werden, da der Strahlungszonenwirkungsgrad (also der Anteil der Feuerungsleistung, der das Synthesegas erwärmt und zur Bildungsenthalpie von Wasserstoff wird) sinkt. In Summe macht eine geringere Vorwärmung den

Reformerprozess theoretisch ineffizienter, praktisch rechnet man sich die Energie des Dampfes aber wieder als "Guthaben" zu, d.h. der theoretische Effizienzverlust wird nur bei einer exergetischen Betrachtungsweise, die aber normalerweise nicht

vorgenommen wird, sichtbar. Es ergibt sich also, dass eine Anpassung des

Dampfreformierungsprozesses an eine erhöhte Unterfeuerungsleistung typischerweise zu einer erhöhten Dampfproduktion im Dampfreformierungsprozess führt. Dies passt optimal zu der Anforderung, zusätzliches Restgas unterfeuern zu müssen, und möglichst viel Dampf in ein Superhochdruck- und/oder Hoch druckdampf System der des Dampfspaltprozesses (siehe unten) einzuspeisen. Somit können die beiden Prozesse im Sinne der Wasserstoffeffizienz, der Anlagengröße und der energetischen Integration sehr gut aneinander angepasst werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es in solchen Fällen von besonderem Vorteil, wenn unter Verwendung der erzeugten Wärmeenergie Superhochdruckdampf erzeugt wird. Typischerweise sind in entsprechenden Anlagenverbünden

Hochdruckdampfnetze (unter Hochdruckdampf wird Dampf auf einem Druckniveau von typischerweise von ca. 40 bis 50 bar, insbesondere ca. 48 bar, und ca. 400 °C verstanden), aus dem ein Dampfspaltprozess seinen Importdampfbedarf decken und in das der Dampfreformierungsprozess seinen Überschuss abgeben kann. Wird stattdessen der Dampfreformierungsprozess als Quelle für Superhochdruckdampf, kann eine deutliche Effizienzsteigerung erzielt werden. In diesen Fällen kann ein Dampfspaltprozess den Superhochdruckdampf effizienter zur Erzeugung von

Wellenleistung in Dampfturbinen nutzen. Diese Dampfturbinen arbeiten bei der Verwendung von Superhochdruckdampf mit einer Effizienz von ca. 25% gegenüber weniger als 20% bei Hochdruckdampf. Der Fachmann versteht unter

Superhochdruckdampf in einem Dampfspaltprozess bzw. einer entsprechenden Anlage Dampf mit einem Druck von typischerweise von ca. 800 bis 120 bar, insbesondere ca. 117 bar, und ca. 520 °C. In Kraftwerken können deutlich höhere Werte erreicht werden, beispielsweise 170 bar bei Gas-und-Dampf- und bis 300 bar in Atomkraftwerken. Mit anderen Worten ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des Superhochdruckdampfs zum Antreiben einer oder mehrerer Dampfturbinen in dem Dampfspaltprozess verwendet wird.

Überschüssiger Superhochdruckdampf kann dabei in der oder den Dampfturbinen auch auf das Druckniveau des H och d ruckdampf s gebracht und auf diese Weise in ein entsprechendes Dampfnetz exportiert werden. Durch die Verwendung von

Superhochdruckdampf zum Antreiben von Dampfturbinen erhöht sich durch die höhere Exergie des Superhochdruckdampfs die Effizienz entsprechender Dampfturbinen und ihr Energiebedarf sinkt. Ist eine entsprechende Erzeugung von Superhochdruckdampf oder eine Unterfeuerung von Restgas in nicht ausreichender Weise möglich, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf vorgesehen sein, das zweite Einsatzgemisch, also das Einsatzgemisch, das aus dem Dampfspaltprozess stammt, derart zu bilden, dass es einen

Wasserstoffgehalt von 90 bis 95 Molprozent, insbesondere von 92 bis 94 Molprozent, beispielsweise von ca. 93 Molprozent, aufweist. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass ein in einem herkömmlichen Demethanizer bzw. einem

entsprechenden Trennprozess eingesetzter Wasserstoffabscheider auf einem geringeren Temperaturniveau betrieben wird. Es wird daher gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Bildung des zweiten

Einsatzgemischs die Verwendung eines Wasserstoffabscheiders umfasst, dem das zweite Einsatzgemisch entnommen wird, und der dabei auf einem Temperaturniveau betrieben wird, das eine Fraktion mit dem erläuterten Wasserstoffgehalt gebildet werden kann. Je nach Anlagenkonfiguration kann ein entsprechendes

Temperaturniveau beispielsweise bei -100 bis -190 °C liegen. Zu Details eines entsprechenden Wasserstoffabscheiders und dessen Anordnung im Trennprozess sei insbesondere auf die beigefügte Figur 4 verwiesen. In der in Figur 4 gezeigten spezifischen Anordnung wird der Wasserstoffabscheider zur Erreichung der genannten Werte auf einem Temperaturniveau von -155 bis -165 °C, insbesondere von -158 bis -162 °C, betrieben. Herkömmlicherweise werden hingegen ca. -150 °C verwendet. Bei einer derartigen herkömmlichen Temperatur werden typischerweise ca. 89 Molprozent Wasserstoff gebildet, bei einer Verringerung auf ca. -160 °C können hingegen ca. 93 Molprozent Wasserstoff gebildet werden. Zur Erzielung dieser Temperaturverringerung können beispielsweise zusätzliche Wärmetauscherflächen bereitgestellt werden, wodurch ein geringerer Temperaturunterschied erzeugt wird. Grundsätzlich kann angenommen werden, dass ca. 50% mehr Wärmetauscherfläche eine Reduktion um ca. 20% Methan ergibt. Alternativ dazu kann auch die Menge der Wasserstofffraktion, die in den Methanweg gefahren wird, erhöht werden, wodurch mehr Spitzenkälte bereitgestellt werden kann. Nachteile sind größere Verluste in das Heizgas des Dampfspaltprozesses und die Verringerung der Ausbeute an Wasserstoff. Alternativ dazu kann auch eine Niederdruck-Methanfraktion bereitgestellt und eine nachgeschaltete Methanverdichtung erfolgen, was jedoch zusätzlichen Energiebedarf zur Folge hat. Weitere Möglichkeiten zur Erzielung geringerer Temperaturen sind beispielsweise der Einsatz eines Expander-Boostersystems in dem Methanweg, wobei durch einen Expander zusätzlich Kälte erzeugt wird, durch den Booster ein geringerer Methandruck möglich ist, und dadurch mehr Spitzenkälte zur Verfügung steht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, bei der Bildung des zweiten Einsatzgemischs einen Methanabsorber zu verwenden, in dem Methan mittels Ethan aus einem zur Bildung des zweiten Einsatzgemischs

verwendeten Ausgangsgemisch ausgewaschen werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es von besonderem Vorteil, wenn der Druckwechseladsorptionsprozess auf einem Druckniveau von 25 bis 50 bar, insbesondere 30 bis 35 bar, d.h. einem Druckniveau, auf dem typischerweise ein zweites Einsatzgemisch in einem Trennprozess eines Dampfspaltprozesses gebildet wird, durchgeführt wird. Hierbei handelt es sich um den Eingangsdruck, also nicht um den oben erläuterten Restgasdruck In diesem Fall wird also vorteilhafterweise der Druck in dem Dampfreformierungsprozess an den Druck des Dampfspaltprozesses angepasst, weil hier der Druck in Grenzen variabel ist. Es werden also vorteilhafterweise das erste Einsatzgemisch und das zweite Einsatzgemisch auf einem Druckniveau gebildet, bei dem Druckwechseladsorptionsprozess durchgeführt wird.

Eine Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoff ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden

Erfindung. Erfindungsgemäß umfasst eine derartige Anlage eine

Dampfreformierungseinrichtung, die dafür eingerichtet ist, durch einen

Dampfreformierungsprozess ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan

enthaltendes erstes Gasgemisch zur erzeugen, wobei eine erste Trenneinrichtung vorgesehen ist, die dafür eingerichtet ist, unter Verwendung des ersten Gasgemischs ein erstes Einsatzgemisch zu bilden und einem Druckwechseladsorptionsprozess zu unterwerfen, in welchem eine wasserstoffreiche Produktfraktion erzeugt wird. Ferner ist erfindungsgemäß eine Dampfspalteinrichtung vorgesehen, die dafür eingerichtet ist, durch einen Dampfspaltprozess ein Wasserstoff, Methan und weitere

Kohlenwasserstoffe enthaltendes zweites Gasgemisch zu erzeugen, wobei eine zweite Trenneinrichtung vorgesehen ist, die dafür eingerichtet ist, unter Verwendung des zweiten Gasgemischs ein zweites Einsatzgemisch zu bilden und demselben

Druckwechseladsorptionsprozess zu unterwerfen, dem das erste Einsatzgemisch unterworfen wird. Vorteilhafterweise weist eine entsprechende Anlage sämtliche Mittel auf, die sie zur Durchführung eines Verfahrens, wie es zuvor erläutert wurde, befähigen. Auf die entsprechenden, oben erwähnten Merkmale und Vorteile sei daher ausdrücklich verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und weitere Details zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren in Form eines stark vereinfachten schematischen Ablaufplans.

Figur 2 veranschaulicht die Stoff- und Energiebilanz eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer schematischen Übersicht. Figur 3 veranschaulicht die Stoff- und Energiebilanz eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Form einer schematischen Übersicht.

Figur 4 veranschaulicht einen Trennprozess zur Gewinnung einer Wasserstofffraktion.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist ein Verfahren gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.

Kern des Verfahrens 100 sind ein Dampfreformierungsprozess 1 , ein

Dampfspaltprozess 2 und ein Druckwechseladsorptionsprozess 3. Dem

Dampfreformierungsprozess 1 wird im dargestellten Beispiel ein Einsatzgemisch in Form eines Stroms a zugeführt, beispielsweise Erdgas oder ein höhere

Kohlenwasserstoffe enthaltendes Gemisch. Femer wird dem

Dampfreformierungsprozess 1 ein Dampfstrom b zugeführt, der jedoch auch in dem Dampfreformierungsprozess 1 selbst gebildet werden kann.

Durch den Dampfreformierungsprozess 1 , der auch geeignete weitere Schritte, beispielsweise Prereformierungssch ritte usw., umfassen kann, wird ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltendes erstes Gasgemisch erzeugt und in beispielsweise in Form des Stroms c in einen nachgeschaltete Einrichtung, beispielsweise einen Wassergasshiftreaktor 11 , überführt. In dem

Wassergasshiftreaktor 11 kann beispielsweise in dem Strom c enthaltendes

Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgesetzt und damit die Wasserstoffausbeute erhöht werden. Ein auf diese Weise erhaltenes Gasgemisch kann in Form des Stroms d als Einsatzgemisch in den Druckwechseladsorptionsprozess 3 geführt werden.

Auch dem Dampfspaltprozess 2 wird ein Kohlenwasserstoffe enthaltendes

Einsatzgemisch, hier in Form des Storms e, zugeführt. Es kann sich auch um dasselbe Einsatzgemisch handeln, das auch dem Dampfreformierungsprozess 1 zugeführt wird. Ferner kann auch hier ein extern bereitgestellter oder intern erzeugter Dampfstrom f eingesetzt werden. Mittels des Dampfspaltprozesses 2 und ggf. nachgeschalteter Prozessschritte kann ein zweites Gasgemisch erzeugt und in Form des Stroms g in einen nachgeschalteten Trennprozess 21 überführt werden. In dem Trennprozess 21 können unterschiedliche Fraktionen h gebildet werden. Insbesondere wird in dem Trennprozess 21 auch eine sogenannte Wasserstofffraktion in Form des Stroms i erhalten. Diese wird ebenfalls dem Druckwechseladsorptionsprozess 3 zugeführt. In dem Druckwechseladsorptionsprozess 3 kann eine wasserstoffreiche

Produktfraktion in Form des Stroms k und eine Restgasfraktion in Form des Stroms I erhalten werden. Die Restgasfraktion bzw. der Strom I kann insbesondere in einem hier mit 12 bezeichneten Brenner oder einer entsprechenden Brenneranordnung des Dampfreformierungsprozesses 1 verfeuert werden. Die wasserstoffreiche

Produktfraktion kann insbesondere in einem Hydrierungsschritt vor oder innerhalb des Trennprozesses 21 eingesetzt werden.

In dem Dampfreformierungsprozess 1 kann durch die Verbrennung der Restgasfraktion bzw. des Stroms I auch Superhochdruckdampf bereitgestellt und beispielsweise in eine nicht dargestellte Dampfschiene überführt werden. Entsprechender

Superhochdruckdampf kann in Form des Stroms n auch beispielsweise einer oder mehreren Dampfturbinen 22 in dem Dampfspaltprozess 2 zugeführt werden.

Entsprechender Superhochdruckdampf kann auf diese Weise entspannt und als Hochdruckdampf bereitgestellt werden.

In Figur 2 ist die Stoff- und Energiebilanz eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer schematischen Übersicht veranschaulicht und insgesamt mit 200 bezeichnet. Ein Dampfreformierungsprozess ist auch hier, wie in Figur 1 , insgesamt mit

1 und ein Dampfspaltprozess, wie in Figur 1 , insgesamt mit 2 bezeichnet. Ferner sind in Figur 2 ein Dampfkessel 5 und ein weiterer Dampfverbraucher 6 veranschaulicht.

In Form punktierter Pfeile ist eine dem Dampfreformierungsprozess 1 und dem

Dampfspaltprozess 2 zugeführte Heizleistung in Megawatt pro Stunde veranschaulicht. Eine in dem Dampfreformierungsprozess 1 und dem Dampfspaltprozess 2 erzeugte Wasserstoffmenge in Tonnen pro Stunde ist in Form gestrichelter Pfeile

veranschaulicht. Durch den Dampfreformierungsprozess 1 und den Dampfspaltprozess

2 erzeugter bzw. verbrauchter und dem Dampfkessel 5 entnommener bzw. dem Dampfverbraucher 6 zugeführter Dampf auf ca. 48 bar und ca. 400 °C in Tonnen pro Stunde ist in Form von durchgezogenen Pfeilen veranschaulicht. Im dargestellten Beispiel werde im Dampfreformierungsprozess 1 eine

Wasserstoffmenge von ca. 8,7 Tonnen pro Stunde und in dem Dampfspaltprozess 2 eine Wasserstoffmenge von ca. 2,5 Tonnen pro Stunde produziert. Dies ergibt eine Gesamtmenge von ca. 1 1 ,3 Wasserstoff Tonnen pro Stunde. Dem

Dampfreformierungsprozess 1 werden 413 Megawatt, dem Dampfspaltprozess 0

Megawatt Heizleistung zugeführt. Die Darstellung der zugeführten Heizleistung ist hier insofern vereinfacht, als sie nur extern zugeführtes Heizgas und nicht das im Prozess aus dem jeweiligen Einsatz erzeugte Heizgas berücksichtigt. Selbstverständlich ist auch für den Dampfspaltprozess Heizgas erforderlich. Dieses wird jedoch in dem Prozess selbst erzeugt, so dass sich die 0 Megawatt extern zugeführter Heizleistung ergeben. Gewisse Schwankungen sind je nach Ausgestaltung des Prozesses möglich. Durch die Energiezufuhr zu dem Dampfreformierungsprozess 1 können hier 100 Tonnen pro Stunde zusätzlicher Dampf erzeugt und in eine Hochdruckdampfschiene 7 eingespeist werden. Aus der Hochdruckdampfschiene 7, die hier auch mit 105 Tonnen zusätzlichem Dampf pro Stunde aus dem Dampfkessel 5 gespeist wird, werden der Verbraucher 6 mit 100 Tonnen Dampf pro Stunde und der Dampfspaltprozess 2 mit 105 Tonnen Dampf pro Stunde gespeist. Der Dampfkessel 5 wird zur Deckung des Dampfbedarfs mit einer Heizleistung von 85 Megawatt pro Stunde versorgt. In Figur 3 ist die Stoff- und Energiebilanz eines Verfahrens gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung in Form einer schematischen Übersicht

veranschaulicht. Die Übersicht ist insgesamt mit 300 bezeichnet. Auch hier sind ein Dampfreformierungsprozess 1 , ein Dampfspaltprozess 2, ein Dampfkessel 5, ein Verbraucher 6 und eine Dampfschiene 7 veranschaulicht. Der

Druckwechseladsorptionsprozess 3 ist zusammen mit dem

Dampfreformierungsprozess 1 veranschaulicht. Wasserstoff-, Dampf- und

Energiemengen sind wie in Figur 2 veranschaulicht.

Im dargestellten Beispiel werden dem Dampfreformierungsprozess 1 eine Heizleistung von 352 Megawatt und dem Dampfspaltprozess 2 eine Heizleistung von 80 Megawatt zugeführt. Im Rahmen der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird aus dem Dampfspaltprozess 2 eine Wasserstofffraktion in einer Menge von 6,8 Tonnen pro Stunde in den Dampfreformierungsprozess 1 bzw. den diesem zugeordneten

Druckwechseladsorptionsprozess 3 überführt. Zusammen mit einer Wasserstoffproduktion in dem Dampfreformierungsprozess ergibt sich eine Gesamtwasserstoffmenge von 11 ,3 Tonnen pro Stunde, also wie gemäß Figur 2. Weil eine Restgasfraktion, die sich durch die Einspeisung der

Wasserstofffraktion aus dem Dampfspaltprozess in den gemeinsamen

Druckwechseladsorptionsprozess erhöht, in den Dampfreformierungsprozess 1 verfeuert wird, kann hier zusätzlicher Superhochdruckdampf in einer Menge von 119 Tonnen pro Stunde und auf einem Druckniveau von ca. 117 bar bei ca. 520 °C erzeugt werden, wie mit einem strichpunktierten Pfeil veranschaulicht. Hierdurch wird der Dampfbedarf des Dampfspaltprozesses vollständig gedeckt, wobei aus diesem sogar, nach Entspannung in entsprechenden Dampfturbinen, 49 Tonnen Dampf pro Stunde als Hochdruckdampf in die Hochdruckdampfschiene 7 überführt werden können. Der Verbraucher 6 entnimmt der Hochdruckdampfschiene 7, wie in Figur 2, 100 Tonnen Dampf pro Stunde. Über den Dampfkessel 5 müssen, wie mit 307 veranschaulicht, jedoch nurmehr 51 Tonnen Dampf pro Stunde zugeführt werden, was einer

Heizleistung von nur noch 41 ,9 Megawatt entspricht.

Insgesamt ergibt sich daher in dem Verfahren, dessen Energiebilanz in Figur 2 veranschaulicht ist, ein Gesamtenergieeinsatz von 498 Megawatt (100%), in dem Verfahren, dessen Energiebilanz in Figur 3 veranschaulicht ist, aber lediglich noch ein Energieeinsatz von 475 Megawatt (95%), bei gleicher Wasserstoff- und

Kohlenwasserstoffproduktion. Diese Energieeinsparung ist die Folge einer

erfindungsgemäßen Integration der Prozesse und der dadurch erzielbaren höheren Wasserstoffausbeuten in dem Druckwechseladsorptionsprozess 3. In Figur 4 ist zur Veranschaulichung von Maßnahmen zur Erhöhung der

Wasserstoffkonzentration in einer "Wasserstofffraktion" eines Dampfspaltprozesses ein Trennprozess zur Bearbeitung eines an Wasserstoff, Methan und Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen reichen Gasgemischs, also eines sogenannten C2minus- Stroms, in Form eines schematischen Prozessflussdiagramms veranschaulicht und insgesamt mit 400 bezeichnet. Das Gasgemisch kann beispielsweise einem

Deethanizer entnommen werden, der dem Trennprozess 400 vorgeschaltet ist. Es wird dem Trennprozess 400 in Form eines Stroms a zugeführt. Der gezeigte Trennprozess 400 ist insbesondere für entsprechende Gasgemische ausgelegt, die aus der

Dampfspaltung von flüssigen Einsätzen wie Naphtha stammen. Geeignete

Anpassungen an andere Einsätze sind dem Fachmann bekannt. Der Trennprozess 400 umfasst einen ersten Wärmetauscher 401 , einen zweiten Wärmetauscher 402, einen dritten Wärmetauscher 403 und einen vierten

Wärmetauscher 404. Die Wärmetauscher 401 bis 403 werden auf absteigenden Temperaturniveaus betrieben. Die dabei verwendeten Kältemittelströme sind gestrichelt veranschaulicht.

Der Strom a wird zunächst durch den ersten Wärmetauscher 401 geführt und in diesem abgekühlt, teilverflüssigt und in einen ersten Flüssigkeitsabscheider 405 eingespeist. Ein in dem ersten Flüssigkeitsabscheider 405 abgeschiedenes Kondensat wird füllstandsgeregelt in Form eines Stroms b abgezogen.

Ein gasförmig verbliebener Anteil des Stroms a wird als Strom c durch den zweiten Wärmetauscher 402 geführt, teilverflüssigt und in einen zweiten Flüssigkeitsabscheider 406 eingespeist. Ein in dem zweiten Flüssigkeitsabscheider 406 abgeschiedenes Kondensat wird füllstandsgeregelt in Form eines Stroms d abgezogen.

Ein gasförmig verbliebener Anteil des Stroms c wird als Strom e durch den dritten Wärmetauscher 403 geführt, teilverflüssigt und in eine Absorptionskolonne 407, den sogenannten C2 -Absorber, eingespeist und hier mittels eines überwiegend oder ausschließlich Methan enthaltenden Stroms m, der als Rücklauf auf die

Absorptionskolonne 407 aufgegeben wird, überwiegend oder vollständig von noch enthaltenen Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen befreit. Eine auf diese Weise im Sumpf der Absorptionskolonne 407 anfallende flüssige Fraktion wird in Form eines Stroms f abgezogen.

Eine gasförmige Fraktion vom Kopf der Absorptionskolonne 407 wird in Form des Stroms g durch den vierten Wärmetauscher 404 geführt, teilverflüssigt und in einen Wasserstoffabscheider 408 eingespeist. Eine gasförmige Fraktion aus dem

Wasserstoffabscheider 408, die herkömmlicherweise ca. 89 Molprozent Wasserstoff und ansonsten Methan enthalten kann, wird als sogenannte Wasserstofffraktion in Form des Stroms h abgezogen. Eine flüssige Fraktion aus dem

Wasserstoffabscheider, die überwiegend oder ausschließlich Methan enthält, wird als sogenannte Methanfraktion in Form des Stroms i abgezogen. Die Ströme h und i werden nacheinander in umgekehrter Reihenfolge und Richtung durch den vierten bis ersten Wärmetauscher 404 bis 401 geführt, wobei zu dem Strom i zwischen dem vierten Wärmetauscher 404 und dem dritten Wärmetauscher 403 ein ebenfalls überwiegend oder ausschließlich Methan enthaltender Strom I zugespeist wird. Die Darstellung ist hier insbesondere insoweit stark vereinfacht, als nicht sämtliche Querverbindungen zwischen den Leitungen, in denen bestimmte Ströme geführt werden, veranschaulicht sind. Beispielsweise kann eine derartige Querverbindung erlauben, einen bestimmten Anteil des Stroms h zu entspannen und dem Strom i zuzumischen, wie hier mit einem Strom n veranschaulicht, um dadurch die benötigten tiefen Temperaturen zu erreichen. Eine Erhöhung der Menge des Stroms n erhöht damit die zur Verfügung stehende Spitzenkälte auf Kosten der Ausbeute an

Wasserstoff. Dies kann verwendet werden, um die Temperatur des Stroms g zu verringern und damit den Wasserstoffgehalt in dem Strom h zu erhöhen. Auch sind Leitungen nicht gezeigt, die im Wesentlichen zum Anfahren einer entsprechenden Anlage verwendet werden. Beispielsweise kann in einem Trennprozess 400 vorgesehen sein, während des Anfahrens den Strom m nicht am Kopf der

Absorptionskolonne 407 aufzugeben, sondern wie den Strom i durch den vierten bis ersten Wärmetauscher 404 bis 401 zu führen. Der Prozess 400 umfasst ferner eine Destillationssäule 410, die mit einem nicht näher erläuterten Sumpfverdampfer 411 betrieben wird, dessen Wärmetauscher

beispielsweise mit Propylen durchströmt wird. Die Destillationssäule 410 umfasst ferner einen Kopfkondensator 412. Aufgrund der sukzessiven Abkühlung der Ströme a, c und e weisen die entsprechend erhaltenen Kondensate, die in Form der Ströme b, d und f gewonnen werden, unterschiedliche Gehalte an Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen und Methan auf. Insbesondere weist der Strom f einen höheren Methangehalt als der Strom d und der Strom d einen höheren Methangehalt als der Strom b auf. Die Ströme b, d und f werden daher in unterschiedlichen Höhen in die Destillationssäule 410 eingespeist, die hierzu geeignete Aufgabeeinrichtungen zwischen den hier stark schematisiert dargestellten Böden aufweist.

Vom Kopf der Destillationssäule 410 wird ein gasförmiger Strom k abgezogen und in einem Kondensationsraum des Kopfkondensators 412 teilverflüssigt. Der teilverflüssigte Strom k wird in einen Bereich 413 am Kopf der Destillationssäule 410 eingespeist, wo sich eine flüssige und eine gasförmige Phase bilden. Die gasförmige Phase vereinigt sich mit vom Kopf der Destillationssäule 410 aufsteigendem Kopfgas. Aus dem Bereich 413 kann auf diese Weise ein gasförmiger Strom I abgezogen und mit dem zuvor erläuterten Strom i stromab des vierten Wärmetauschers 404 vereinigt werden. Der Strom I enthält überwiegend oder ausschließlich Methan.

Des Weiteren kann aus dem Bereich 413 der bereits erwähnte flüssige Strom m abgezogen werden, der ebenfalls überwiegend oder ausschließlich Methan enthält. Der Strom m wird mittels einer Pumpe 409 dem vierten Wärmetauscher 404 warmseitig zugeführt dort abgekühlt. Er wird anschließend, wie bereits erwähnt, am Kopf der Absorptionskolonne 407 aufgegeben. Der Kopfkondensator 412 der

Destillationssäule 410 kann beispielsweise, wie ebenfalls gestrichelt veranschaulicht, mit Ethylen als Kältemittel betrieben werden.

Im Sumpf der Destillationssäule 410 scheidet sich eine flüssige Fraktion ab, die im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen mit zwei Kohlenstoffatomen besteht. Es handelt sich also um eine sogenannte C2-Fraktion. Diese wird in Form des Stroms o abgezogen, in dem ersten Wärmetauscher 401 erwärmt und beispielsweise einer weiteren Trenneinrichtung, einem sogenannten C2-Splitter, zugeführt.

In dem Trennprozess 400 erfolgt eine Regelung der Menge des am Kopf der

Absorptionskolonne 407 eingespeisten Stroms m auf Grundlage eines Füllstands der entsprechenden Fraktion im Bereich 413 der Destillationssäule 410. Ein Druck des im Kopfkondensator 412 verdampften Kältemittels wird auf Grundlage einer in der

Destillationssäule 410 gemessenen Temperatur geregelt. Die Menge des Kältemittels wird auf Grundlage eines Füllstands in dem Kopfkondensator 412 geregelt.

Die Abkühlung der Ströme a, c, e und g erfolgt in dem Trennprozess 400 auf einem Druckniveau von 30 bis 40 bar, typischerweise ca. 35 bar. Die Destillationssäule wird hingegen auf einem um typischerweise 1 bis 5 bar, typischerweise ca. 2 bar, geringeren Druckniveau betrieben. Die Ströme a, c und e werden daher vor der Einspeisung in die Destillationssäule 410 über Ventile entsprechend entspannt. Auch die Methanfraktion in Form des Stroms i wird entspannt, und zwar auf ein Druckniveau von 3 bis 5 bar, typischerweise ca. 4 bar. Wie oben erwähnt, kann es vorteilhaft sein, den Wasserstoffgehalt der

Wasserstofffraktion, also des Stroms h, zu erhöhen, um das anfallende Restgas zu reduzieren. Dies kann beispielsweise, wie erwähnt, dadurch erzielt werden, der Wasserstoffabscheider 8 auf einem geringeren Temperaturniveau betrieben wird als herkömmlich, insbesondere auf einem Temperaturniveau von ca. -160 °C, wodurch der Strom h ca. 93 Molprozent Wasserstoff enthalten kann. Hierzu kann zusätzliche Wärmetauscherfläche in den dargestellten Wärmetauschern bereitgestellt werden. Alternativ dazu kann auch, wie erwähnt, die Menge der Wasserstofffraktion, die in den Methanweg gefahren wird, also die Menge des Stroms n, erhöht werden, wodurch mehr Spitzenkälte bereitgestellt werden kann. Nachteile sind größere Verluste.

Alternativ dazu kann auch eine Niederdruck-Methanfraktion bereitgestellt werden, indem der Strom i beispielsweise stromauf des Wärmetauschers 404 entspannt und auf diese Weise Kälte erzeugt wird. Dies erfordert jedoch typischerweise eine nachgeschaltete Methanverdichtung, was zusätzlichen Energiebedarf zur Folge hat. Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung geringerer Temperaturen ist beispielsweise der Einsatz eines Expander-Boostersystems in dem Methanweg. Der Expander eines solchen Expander-Boostersystems kann beispielsweise in einem Bypass, der von dem Strom I abzweigt und in den Strom i mündet, eingebunden sein. Durch einen Booster eines solchen Expander-Boostersystems kann beispielsweise der Strom i

nachverdichtet werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, bei der Bildung des zweiten Einsatzgemischs einen Methanabsorber zu verwenden, in dem Methan mittels Ethan aus einem zur Bildung des zweiten Einsatzgemischs verwendeten Ausgangsgemisch, hier dem Strom h, ausgewaschen werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (100,300) zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren
Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass
- durch einen Dampfreformierungsprozess (1) ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltendes erstes Gasgemisch erzeugt wird, wobei
- unter Verwendung des ersten Gasgemischs ein erstes Einsatzgemisch
gebildet wird, das einem Druckwechseladsorptionsprozess (3) unterworfen wird, in welchem eine wasserstoffreiche Produktfraktion erzeugt wird, und
- durch einen Dampfspaltprozess (2) ein Wasserstoff, Methan und weitere Kohlenwasserstoffe enthaltendes zweites Gasgemisch erzeugt wird, wobei
- unter Verwendung des zweiten Gasgemischs ein zweites Einsatzgemisch gebildet wird, das demselben Druckwechseladsorptionsprozess (3) unterworfen wird, dem das erste Einsatzgemisch unterworfen wird.
Verfahren (100, 300) nach Anspruch 1 , bei dem in dem
Druckwechseladsorptionsprozess (3) außerdem eine methanreiche Fraktion erzeugt wird, wobei der Dampfreformierungsprozess (1 ) unter Verwendung von Wärmeenergie durchgeführt wird, die unter mittels zumindest eines Teils der methanreichen Fraktion erzeugt wird.
Verfahren (100, 300) nach Anspruch 2, bei dem unter Verwendung der erzeugte Wärmeenergie Superhochdruckdampf erzeugt wird.
Verfahren (100, 300) nach Anspruch 3, bei dem zumindest ein Teil des
Superhochdruckdampfs zum Antreiben einer oder mehrerer Dampfturbinen dem Dampfreformierungsprozess (1 ) verwendet wird.
5. Verfahren (100, 300) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem zumindest aus einem Teil des Superhochdruckdampfs Hochdruckdampf erzeugt wird.
6. Verfahren (100, 300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das zweite Einsatzgemisch derart gebildet wird, dass es einen Wasserstoffgehalt von 90 bis 95 Molprozent, insbesondere 92 bis 94 Molprozent aufweist.
7. Verfahren (100, 300) nach Anspruch 6, bei dem die Bildung des zweiten
Einsatzgemischs die Verwendung eines Wasserstoffabscheiders umfasst, dem das zweite Einsatzgemisch entnommen wird, und der auf einem Temperatumiveau von -155 bis -165 °C, insbesondere von -158 bis -162 °C, betrieben wird.
8. Verfahren (100, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zweite
Einsatzgemisch derart gebildet wird, dass es einen Wasserstoffgehalt von 95 bis 99 Molprozent, insbesondere 94 bis 98 Molprozent, aufweist..
9. Verfahren (100, 300) nach Anspruch 8, bei dem die Bildung des zweiten
Einsatzgemischs die Verwendung eines Methanabsorbers umfasst, in dem Methan mittels Ethan aus einem zur Bildung des zweiten Einsatzgemischs verwendeten Ausgangsgemisch ausgewaschen wird.
10. Verfahren (100, 300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der
Druckwechseladsorptionsprozess (3) auf einem Druckniveau von 25 bis 50 bar, insbesondere 30 bis 35 bar, durchgeführt wird.
11 . Verfahren (100, 300) nach Anspruch 10, bei dem das erste Einsatzgemisch und das zweite Einsatzgemisch auf dem Druckniveau gebildet werden, bei dem der Druckwechseladsorptionsprozesses (3) durchgeführt wird.
12. Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff und weiteren Reaktionsprodukten durch Umsetzung von Kohlenwasserstoffen, gekennzeichnet durch
- eine Dampfreformierungseinrichtung, die dafür eingerichtet ist, durch einen Dampfreformierungsprozess (1 ) ein Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methan enthaltendes erstes Gasgemisch zu erzeugen, wobei - eine erste Trenneinrichtung vorgesehen ist, die dafür eingerichtet äst, unter Verwendung des ersten Gasgemischs ein erstes Einsatzgemisch zu bilden und einem Druckwechseladsorptionsprozess (3) zu unterwerfen, in dem eine wasserstoffreiche Produktfraktion erzeugt wird, und
- eine Dampfspalteinrichtung, die dafür eingerichtet ist, durch einen
Dampfspaltprozess (2) ein Wasserstoff, Methan und weitere
Kohlenwasserstoffe enthaltendes zweites Gasgemisch zu erzeugen, wobei - eine zweite Trenneinrichtung vorgesehen ist, die dafür eingerichtet ist, unter
Verwendung des zweiten Gasgemischs ein zweites Einsatzgemisch zu bilden und demselben Druckwechseladsorptionsprozess (3) zu unterwerfen, dem das erste Einsatzgemisch unterworfen wird.
13. Anlage nach Anspruch 1 , die Mittel aufweist, die zur Durchführung
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet sind.
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